全固態(tài)電池是新能源汽車的希望？難怪日本鐘情于全固態(tài)電池

日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)日前宣布，該國部分企業(yè)及學術(shù)機構(gòu)將在未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代電動車全固態(tài)鋰電池，力爭早日應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)業(yè)。該項目預計總投資100億日元，豐田、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學、日本理化學研究所等15家學術(shù)機構(gòu)將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。

此前，日本鋰離子電池技術(shù)與評估中心財團從日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省那里獲得了1400萬美元的資金支持，最終目標是在2030年之前共同研發(fā)出一種能夠支持800公里續(xù)航里程的電池。

今年以來，日本國內(nèi)企業(yè)和研究機構(gòu)的重心主要集中在全固態(tài)鋰電池上。不禁讓人好奇，為何如此重視全固態(tài)電池技術(shù)?

全固態(tài)電池技術(shù)的突出優(yōu)勢

此前，雷諾汽車業(yè)務(wù)負責人諾曼德公開表示，全固態(tài)電池是汽車工業(yè)的新希望，在成本、密度和熱穩(wěn)定性方面都較目前的鋰離子電池有巨大優(yōu)勢，未來將主應(yīng)用于長續(xù)航的電動汽車。

全固態(tài)電池在電池領(lǐng)域發(fā)展的根本驅(qū)動力之一就是安全性。傳統(tǒng)鋰離子電池的隔膜和電解液。根據(jù)電池的電極材料特性，在大電流下工作可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路，電池損壞;而電解液為有機液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會加劇。

此外，全固態(tài)電池相比傳統(tǒng)鋰離子電池優(yōu)點也比較明顯：

首先，相同能量下，全固態(tài)電池更薄且體積更小。傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液共占據(jù)了電池中近4成的體積和2成的質(zhì)量。如果用固態(tài)電解質(zhì)取代，那么電極間距可以縮短到微米級，極大降低電池厚度 ，因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。

不僅如此，經(jīng)過氣相沉積制備的全固態(tài)電池，其整體厚度可能只有幾十個微米，因此就可以制成非常小的電源器件，整合到MEMS(微機電系統(tǒng))領(lǐng)域，從而方便電池應(yīng)用在新型小尺寸智能電子設(shè)備，實現(xiàn)終端產(chǎn)品的小微型化。

其次，全固態(tài)電池輕便，能量密度高。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會發(fā)生改變，可以使用金屬鋰來做負極取代石墨負極這樣可以明顯減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。在OFweek鋰電網(wǎng)5月份舉辦的研討會上，來自固體新能源的胡啟朝帶來的能量密度可達500瓦時/千克固態(tài)鋰金屬電池就是一個成功的佐證。詳情可參考《美國麻省固體能源胡啟朝：固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度最優(yōu)方案》一文。

值得一提的是，使用全固態(tài)電池，可以解決許多新型高性能電極材料與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性問題。

綜合考慮到以上兩大因素，全固態(tài)電池相比于一般鋰離子電池，能量密度可以有一個較大幅度的提升。目前為止，許多實驗室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。

從能量密度的數(shù)據(jù)上看，全固態(tài)電池帶給人們更多的直觀體會是我們的手機等電子產(chǎn)品從“一天一充”升級到“兩天一充”。

固態(tài)電池——新能源電池的新戰(zhàn)場

國內(nèi)不少證券機構(gòu)研究員表示，固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比具有更高的能量密度，同時擁有更大的功率和更長的使用時間，是下一代鋰電池發(fā)展的大趨勢。

目前，我國也在積極布局固態(tài)電池研究，工信部等四部委印發(fā)的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出，加大投入研發(fā)固態(tài)電池等新型電池。隨著巨頭紛紛入局，將推動技術(shù)突破加速，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有望提前。

眾多行業(yè)專家都對固態(tài)電池成為下一代電池技術(shù)寄予厚望。接受采訪的業(yè)內(nèi)人士指出，新能源電池的關(guān)鍵是續(xù)航能力，一旦能突破500公里或者更高，那么電動汽車的市場滲透率將明顯提高。而這也將是中國有關(guān)企業(yè)與國外競爭的焦點。

固態(tài)電池將成為國內(nèi)外新能源競爭的新戰(zhàn)場。大眾汽車去年宣布大舉進入固態(tài)電池研究領(lǐng)域，到2030年大眾全部車型都將有電動版，將投資500億歐元到電動車電池、200億歐元到電動車。大眾方面表示已經(jīng)在計劃下一代電動車電池，即里程超過1000公里的固態(tài)電池，并將在2025年量產(chǎn)。目前全球在這一技術(shù)方面的先鋒是德國、日本、美國、法國。中國緊追其后。我國的動力電池龍頭企業(yè)寧德時代在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向，分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進展，并在規(guī)?；a(chǎn)上提出了初步的工藝路線。

固態(tài)電池作為鋰電池未來發(fā)展的一個方向，全球范圍內(nèi)已有多家企業(yè)開始布局。國內(nèi)上市公司中，國軒高科在投資者互動平臺表示，已在研發(fā)固態(tài)電池及固態(tài)電解質(zhì)。橫店東磁在接受機構(gòu)調(diào)研時表示，將組織研發(fā)固態(tài)電池， 旗下三元動力電池去年8月份試生產(chǎn)。贛鋒鋰業(yè)最新表示，目前公司的固態(tài)鋰電池處于試驗階段，但已通過多項第三方安全測試。

點評：全固態(tài)鋰電池將是未來電動汽車車電池的發(fā)展方向。此前，工信部等四部委印發(fā)的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》明確提出，加大投入研發(fā)新的動力鋰電體系，其中就包括固態(tài)電池等新型電池。全固態(tài)電池的能量密度至少是當下傳統(tǒng)鋰離子電池的三倍，充電時間縮短的同時，續(xù)航里程更遠，充放電次數(shù)更高，使得電池更耐用，是未來前景較明朗的一類電池技術(shù)。